基于dsp多功能电量分析仪的研制

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1、基于DSP多功能电量分析仪的研制闵蒋渭忠徐维（常州工学院电子信息与电气工程学院，江苏常州213002）摘要：介绍了一种基于DSP及单片机双微处理器控制的多功能电量分析仪实现方案。DSP所构成的系统主要完成对电压与电流的高速采集、电压电流量FFT变换、计算出所有电量;由89C58构成的单片机系统完成控制键盘和320X240的点阵液晶显示；DSP与单片机间通过双口RAM进行数据交换。关键词：谐波；功率分析；数字信号处理器；快速傅立叶变换；液晶显示中图分类号：TM930引言随着国民经济的发展，电能用户逐渐增加，特别是非线性负载的应用，使电能的质量问题H趋严重。因此为了保证电网的安全运行和了

2、解电网运行的状况，需要对电网进行实时监测。现在，有关部门已制定了完善的电能质量标准。在供电系统中，对谐波、负荷电流、功率因数等电力参数进行合理的佔算并采収相应的措施（如加设滤波和无功补偿、报警）是非常必要的。无人监控也是现代控制的一个潮流,这使得在电力监测系统的设计中必须加以考虑。基于现代电力监控的要求，本文研究了一种基于DSP的电网质量的监控装置信号调理CT互感f器ADS7864FIFORAMTMS320VC33过零比较双IIRAM89C58OKEY320*240LCDRS232/RS485接口系统电源+5V,±15V图1系统原理框图1工作原理1.1概述本设计通过对交流电圧、电流量

3、进行同相釆集，送入浮点DSP（TMS320VC33）处理器进行高速运算，采用改进型FFT算法，对电压、电流波形进行频谱分析，分离出基波分量及39次谐波分量，再由DSP计算出电量参数：电压、电流有效值，有功功率、视在功率、无功功率，功率因素，以及电压、电流参数中的THD（总的谐波含量）；电压信号经信号调理、整形处理成方波，由DSP定时器检测得到交流的周期与频率，并依此调整A/D采样的周期。DSP将所有结果存入双口RAM中供单片机（AT89C58）读取。单片机（AT89C58）主要完成对监控，完成人机接口任务；单片机读取键盘的控制命令，从双nRAM相应区域中读収数据送到320X240图形

4、LCD中显示；同时单片机也可从串行口中接收命令，将电量注：本课题为常州工学院科研立项，已于2006年元月通过学院科研鉴是。参数送出系统，供给其它智能设备。1.2FFT运算电力输电线路中的电压和电流的余弦信号，受非线性负载的影响，电网的波形会发生畸变，畸变后仍然为周期函数，且满足狄里赫利条件，可以用傅立叶级数分解法把电压和电流分解成基波和一系列谐波的叠加，即OO"⑴=U.+XU„cos（血+（X）n=l8ZW=/o+XInCOS（讪+0丿川=1n式屮u（）、心一电压、电流的直流分量；%人一各次谐波幅度的峰值；5八尸“之差为谐波相位差。对电网的连续吋I'可信号进行实吋采样得到离散的采样序

5、列，用FFT算法对其进行吋频域转换，可以分析基波和各次谐波的幅度和相位情况，以实现谐波的监控。另外，电网中每一路的相电压和相电流之间存在相位差，对电压和电流信号同步采样并进行FFT变换，就可以算出各次谐波的相位差，准确地测出各次谐波的有功和无功功率。而对于FFT计算来说，如果采样数据集的端点不连续，就需要引入窗函数，从而增加了计算的繁琐程度。而在满足相关采样原理，采样的数据点集正好为整周期的情况下，采样数据集两端点连续，就可以把采样信号序列近似看成无穷的周期信号，从而使FFT计算量减少。采样点数的确定，根据时域取样定理f2f，本系统要求分析出39次谐波，因此在JsJm一个周期内最少

6、的采样点数为78点，FFT蝶形算法本身要求采样点数为2的幕时，计算速度最快，装置的采样频率为基波频率的256倍。由于电网频率，会在50Hz左右上下波动，因此在硬件实现上，不可以用固定频率对电压、电流信号进行采样，而要根据电网的频率，实时地调整采样频率。本系统采用512点FFT算法，即在采样两个周期后完成一次FFT运算，其中有一个周期为上次釆样的结果；TMS320VC33是一个浮点处理器，能在单个周期内完成一次浮点乘加运算，采用浮点的FFT运算代码也就简单多了，系统在编程时，FFT运算子函数采用代码少、效率高的汇编语言编程，在40MHz主频，采用流水线技术使得指令在单周期内完成,在充分

7、利用VC33片内RAM的情况下，完成一次512点FFT运算的时间约为0.5ms,因而能满足仪器在线检测与分析。1.3周期的确定交流电网的频率确定，确定的方法也比较多，本系统采用由硬件的方法來测量周期，即将交流电压经调理与整形以后送DSP进行定时，从而得到交流电网的频率；rti于电网的频率变化具有较大的惯性，因而可以采用软件低通滤波器对所测暈的数据进行处理。从1.2可知，FFT要求所釆样的数据为两端点相连，必须确保在一个周期内釆样256个点，当电网频率发生变